¿Qué causa la viscosidad de un fluido?

Considere un fluido como el agua. Intuitivamente diría que su viscosidad es causada por interacciones intermoleculares entre sus moléculas. Pero la relación de Einstein-Smoluchowski (y el Teorema de Disipación de Fluctuación en general) dice que la viscosidad es causada por el movimiento errático de las partículas fluidas. ¿Qué me estoy perdiendo?

Es causado por los dos factores que enumeró. Ver Dinámica de fluidos por Batchelor, Capítulo 1.
se cuenta una historia sobre Heisenberg en su lecho de muerte. Él dice: "Tengo un par de preguntas para El Viejo (Dios) cuando lo conozca: por qué la viscosidad y por qué la relatividad. ¡Y creo que tendrá una respuesta para la segunda!"
Gracias @Deep. Creo que te refieres al párrafo que comienza con "El mecanismo del transporte de cantidad de movimiento en los líquidos es complejo del que se sabe poco".
Genial @nielsnielsen. Espero que Werner haya recibido su respuesta, si la hay, y no sea "42" :-D
@LoScrondo Así es.
@nielsnielsen ¡Creo que es "Cordero" en lugar de "Heisenberg", "turbulencia" en lugar de "viscosidad" y "cuántico" en lugar de "relatividad"! Esto se cuenta, creo, en el capítulo 2 de Turbulence de Davidson. Pero bueno, probablemente sea apócrifo, así que no pasa nada :-)
@deep, gracias por su observación, sospecho que este dispositivo literario en particular probablemente se haya utilizado en una variedad de contextos; su desafío es: ¿puede idear una nueva anécdota en el lecho de muerte con otro físico famoso? ¡El mundo espera tu respuesta!
"Los remolinos grandes tienen remolinos pequeños, que se alimentan de su velocidad; y los remolinos pequeños tienen remolinos menores, y así hasta la viscosidad". -Lewis Fry Richardson

Respuestas (2)

Creo que el origen de la viscosidad es fácil de entender con la ayuda de la analogía.

Imagine varias vías de tren paralelas. Los trenes que consisten en vagones de plataforma se mueven en la misma dirección en todas las vías pero con velocidades ligeramente diferentes. Los trabajadores parados en los vagones arrojan sacos de arena en direcciones aleatorias a los trenes cercanos.

Si asumimos que en el marco de referencia de un tren dado la distribución del momento de los sacos lanzados es isotrópica, no sería así en el marco de otro tren. Por ejemplo, los sacos arrojados desde el tren más rápido llevarían, en promedio, más impulso en la dirección del movimiento que los sacos arrojados sobre él, por lo que este tren reduciría la velocidad mientras que los trenes vecinos acelerarían. Tenemos un mecanismo de difusión para una componente de cantidad de movimiento a lo largo de la dirección de las pistas.

Al formalizar esta analogía, creo que es posible derivar la relación Einstein-Smoluchowski (al menos hasta un multiplicador constante). Entonces, si bien las interacciones intermoleculares entre las moléculas (del fluido) son un mecanismo inmediato para el intercambio de momento, el origen de la viscosidad de la teoría cinética es el movimiento aleatorio de las moléculas que provoca la difusión del promedio neto del momento.

Una analogía muy interesante, gracias! De hecho, ¿está diciendo que la difusión del promedio neto del momento también explica las interacciones intermoleculares, o es posible que esté hablando de la teoría cinética de la viscosidad, pero no de la fenomenológica ? En resumen, en la analogía de los trenes, ¿dónde está el papel de las interacciones intermoleculares?
@LoScrondo: las interacciones intermoleculares aseguran que las moléculas tengan una distribución de impulso correspondiente a una temperatura dada (más un cambio neto que da movimiento colectivo del elemento fluido) y aseguran que la molécula interactúe con otras moléculas (de modo que su camino libre sea pequeño). En mi analogía, este papel lo desempeñan los trabajadores que arrojan sacos de arena y los atrapan.

Por lo que he encontrado en los libros de texto , SE y Wikipedia , la teorización de la viscosidad podría abordarse considerando (al menos) dos principios de transferencia de impulso. El modelo cinético basado en el movimiento browniano es dominante en los gases, mientras que para los líquidos las fuerzas intermoleculares juegan un papel importante.

Paradoja interesante: en un gas, la viscosidad es proporcional al camino libre medio y la velocidad de las moléculas. Sube con sqrt (T) a densidad constante. En un líquido, tener agregados de moléculas más grandes disminuye la MFP, pero aumenta la viscosidad, y la tendencia al aumentar la temperatura es la opuesta.
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